תכנון הנדסי הוא תהליך יצירתי חקרני, תהליך של ניתוח, סינתזה, קבלת החלטות, הערכה ואופטימיזציה בהתאם למטרות מסוימות. בתהליך זה, סדרה של פרמטרים עיצוביים ומשתני תכנון כגון עומס, תזוזה, מתח, חוזק, קשיחות וחיים מוגדרים כדי לתאר דברים הנדסיים רבים ולספק מספר רב של חישובים מספריים לתכנון הנדסי; בנוסף, עקרונות מכניים תכנון התוכנית, גיבוש המבנה המכני והמודלים המבניים, בחירת החומרים, הפרמטרים והמקדמים וקביעת נהלי התהליך, כולם מחייבים אנשי הנדסה וטכניים להסיק מסקנות, הנמקות והחלטות מבוססות. על ניסיון ואינטליגנציה. בעת ניתוח ותכנון מערכת מכנית, יש צורך בהקמת מודל מתמטי למערכת המכנית המורכבת שניתן להשתמש בו לניתוח ותכנון. בשלב זה, יש לפשט או לעשות אידיאליזציה של המערכת המכנית המורכבת, כך שהמודל המתמטי הפשוט ובהשוואה למערכות מכניות בפועל, יש לעתים קרובות שגיאות או אי ודאויות. אם מתעלמים משגיאות ואי ודאויות מסוימות במהלך המודלים של מערכת מכנית ואינם נכללים בנתונים הצפויים, לא ייתכן שהמעצב יוכל לסמוך על הניתוח המבוסס על מודל זה. וניתן ליישם עיצובים על מערכות מכניות בפועל.
אי הוודאות שבהן נתקלים בפרקטיקה ההנדסית כוללים בעיקר אי ודאות, חוסר קביעות, חוסר אמינות, חוסר חיזוי, משמעות מעורפלת, שונות, חוסר שלמות, גבולות בלתי ידועים וחוסר סדירות וכו'. לדוגמה, אנו קוראים להפרש בין הערך האמיתי לערך המשוער של כמות פיזית שגיאה. במדידות ובחישובים בפועל, לעתים רחוקות או בלתי אפשרי לדעת את הערך האמיתי של כמות פיזיקלית. בדרך כלל ידועים רק הערך המשוער של הכמות הפיזית ומגבלת השגיאה. לכן, הטעות היא סוג של אי ודאות. בתכנון מכני, פרמטרים מבניים קבועים ומודלים מתמטיים קבועים משמשים בדרך כלל לניתוח וחישוב. בפרקטיקה ההנדסית, יש בדרך כלל שגיאות ואי ודאויות הקשורות לעומסים, פרמטרים של ביצועי חומר, ממדים גיאומטריים, מודלים חישוביים, תנאים התחלתיים, תנאי גבול ומפרקים של רכיבים מבניים. למרות שהם עשויים להיות קטנים ברוב המקרים, השילוב של טעויות ואי ודאויות אלו עלול לגרום לסטיות גדולות או לחוסר חיזוי בתגובת המבנה.
ישנן טעויות שונות ואי ודאויות במכונות. בחלק מהפרמטרים יש שגיאות ייצור, שגיאות התקנה או אי ודאויות; בחלק מהפרמטרים יש שגיאות חישוב ושגיאות מדידה; למערכות מכניות מסוימות יש מאפיינים שונים כאשר הן נמצאות בתנאי עבודה שונים. ערכי פרמטרים; לפרמטרים מסוימים יש טווח וריאציות פרמטר מסוים; לא ניתן למדוד או לתת פרמטרים מסוימים במדויק כיום.
כמעט כל משתני התכנון נושאים מידה מסוימת של אי ודאות, ובניתוח הנדסי ותכנון ניתן לחלק אותם לשלוש קטגוריות לפי מקורותיהם:
(1) אי ודאות פיזית בתכנון הנדסי, ישנן כמויות פיזיקליות רבות, כגון עומס, תכונות חומר, ממדים גיאומטריים וכו', המפוזרות. סוג זה של אי ודאות הקשור ישירות לכמויות פיזיקליות נקרא בדרך כלל אי ודאות של כמויות פיזיקליות.
(2) אי ודאות סטטיסטית ניתוח מאפייני ההתפלגות של משתנים וקביעת פונקציות ההתפלגות אינם ניתנים להפרדה מסטטיסטיקה ושיקול דעת. עם זאת, כל סטטיסטיקה ושיפוט מבוססים על מדגמים של משתנים, והיכולת של כל מדגם לא יכולה להיות אינסופית. דפוס ההתפלגות של כל משתנה נקבע באמצעות סטטיסטיקה והסקת מסקנות. לכן, השיטה הסטטיסטית של כל פרמטר מכילה אי ודאות. אי ודאות זו הנגרמת על ידי סטטיסטיקה נקראת אי ודאות סטטיסטית.
(3) אי ודאות של המודל בתכנון וניתוח הנדסי, יש לקבוע מודל של הקשר בין כמויות תשומה לכמויות תפוקה. המודלים מבוססים בדרך כלל על עקרונות מכניים או ניסיון. מודלים שונים עשויים להיווצר עבור אותה בעיה מעשית, והמודלים עשויים להיות ודאות יכולה להיות גם אי ודאות. עם זאת, בתכנון מכני, חלקים או מערכות מכאניות מורכבות מאוד, ומודלים מתמטיים רגילים אינם יכולים לשקף באופן מלא את התנאים המבניים בפועל. הנחות שונות שהושתו על המודל ופישוט של תנאי גבול מורכבים יגרמו למודל להכיל אי ודאויות. לאי הוודאות של המודל תהיה השפעה רבה על התוצאות של ניתוח תכנון מכני ויש לתת לה מספיק תשומת לב.
